现代交换原理与技术课件：第5章 分组交换技术

1、第5章 分组交换原理与技术分组交换原理5.1X.25建议5.2路由选择5.3流量控制与拥塞控制5.4帧中继技术5.5ATM交换技术5.65.1 分组交换原理5.1.1 分组交换的基本概念5.1.2 统计时分复用5.1.3 逻辑信道5.1.4 虚电路与数据报电路交换的特点：带宽固定同步和对称性没有差错控制 分组交换的产生数据通信的业务特征：突发性（可变比特率）异步和非对称性差错敏感性报文交换的特点：存储转发异步和非对称性时延大（可变比特率）分组交换也叫包交换，它是以分组为信息单位，以存储/转发方式在网络中传递信息的交换方式。基本思想：将用户信息分割成小的数据块分组（Packet）分组具有统一格式

2、，包含用于控制和选路信息各分组以“存储转发”的方式在网络中传递。5.1.1 分组交换基本概念采用分组交换的通信网称为分组交换网。分组的形成来自终端的用户数据可能是很长的报文，需要将该报文拆分成若干段，并加上分组头，组成一个完整的分组（packet）。用户报文分组头用户数据5.1.1 分组交换基本概念交换节点A交换节点B交换节点C分组1分组交换过程分组2分组3分组4分组5分组1分组2分组3分组4分组5传播时延发送时延处理与排队时延5.1.1 分组交换基本概念基本概念统计时分复用（也称为异步时分复用）异步的含义是指可变的，不固定的。在给用户分配资源时，不像同步时分那样固定分配，而是按需动态分配。只

3、有在用户有数据传送时才给它分配资源，因此线路的利用率更高。5.1.2 统计时分复用工作原理缓冲器 缓冲器 1b1c1b2b3c2c32c1b1b21b325.1.2 统计时分复用缓冲器c2c3技术特征动态地分配信道时隙和资源，线路利用率较高。附加时延。多个用户同时传送数据时，需要竞争排队，引起排队时延。数据丢失。若缓冲器溢出，则导致数据丢失。5.1.2 统计时分复用5.1.2 统计时分复用 在统计复用线上 如何区分各用户的数据信息呢？缓冲器 缓冲器 1b1c1b2b3c2c32c1b1b21b32缓冲器c2c3在统计时分复用中，对各用户的数据使用标记进行区分。这样，在一条共享的物理线路上，就形

4、成了逻辑上分离的多个子信道。这种子信道称为逻辑信道，用逻辑信道号（LCN）标识。逻辑信道号由逻辑信道群号及群内逻辑信道号组成，二者统称为逻辑信道号。 5.1.3 逻辑信道基本概念逻辑信道的形成过程终端255254201计算机进程进程进程复用器逻辑信道2552542015.1.3 逻辑信道ABC逻辑信道的特点逻辑信道与呼叫一一对应。逻辑信道只具有局部含义。逻辑信道号是一种客观存在。5.1.3 逻辑信道分组交换网的服务虚电路服务：提供面向连接的信息传送。数据报服务：提供无连接的信息传送。 5.1.4 虚电路与数据报DTEDCEPSEPSEDCEDCEPSEDTE数据终端设备 DCE数据电路终结设备

5、 PSE分组交换设备虚电路服务所谓虚电路服务，是指用户在数据传送之前通过网络建立一条端到端的逻辑上的虚连接。实电路？5.1.4 虚电路与数据报虚电路和实电路有何区别？虚电路工作示意图节点1节点2节点3节点5节点4终端A终端C终端D终端B5.1.4 虚电路与数据报虚电路与逻辑信道节点1节点2节点3节点5节点4终端A终端C终端D终端BLCN=99LCN=10LCN=50LCN=30LCN=15LCN=60LCN=75LCN=1005.1.4 虚电路与数据报LCN=30虚电路服务交换式虚电路（SVC)永久虚电路（PVC)5.1.4 虚电路与数据报数据报服务节点1节点2节点3节点4终端A终端B a b

6、 c a b c a c b a b c5.1.4 虚电路与数据报虚电路和数据报的比较比较项目虚电路数据报建链过程必须有不需要目的地址仅在连接建立时使用，建链后，分组使用虚电路号每个分组都含有目的地址路由选择在虚电路建立时进行，所有分组均按同一路由传送每个分组独立选择路由节点出故障经由故障点的虚电路均中断丢失分组，但可经由其它路由分组顺序总是按发送顺序到达目的站到目的站时可能与发送顺序不同差错处理由通信子网负责由主机负责流量控制由通信子网负责由主机负责5.1.4 虚电路与数据报第5章 分组交换原理与技术分组交换原理5.1X.25建议5.2路由选择5.3流量控制与拥塞控制5.4帧中继技术5.5A

7、TM交换技术5.6 X.25是ITU-T制定的公用分组网接口规范。 X.25是在传输介质质量较差，对数据通信速率要求不高的历史背景下产生的，因此含有复杂的差错控制和流量控制措施，速率不高，适于广域网。5.2 X.25建议 5.2.1 X.25的提出 5.2.2 X.25分层协议结构物理层数据链路层分组层帧层协议物理层协议高层协议X.25分组层协议 物理接口DTEDCE与远程DTE之间的高层协议物理层数据链路层分组层（1）物理层 定义传输媒体的机械、电气、功能和规程特性。 典型协议： X.21建议和V系列建议。（2）数据链路层 同步、差错控制、流量控制、链路状态报告。 典型协议：LAPB，为HD

8、LC的子集。（3）分组层 相当于OSI的网络层，支持多个逻辑信道，实现通信能力和资源的按需分配。 5.2.2 X.25分层协议结构HDLC是ISO定义的面向比特的数据链路控制协议的总称。HDLC定义了三种类型的站（Station）、两种链路配置及三种数据传送模式。 5.2.3 X.25的链路层HDLC支持两种链路配置： 非平衡配置：点到点或点到多点 平衡配置：点到点主站次站命令响应主站次站命令响应次站复合站命令响应复合站非平衡配置平衡配置 5.2.3 X.25的链路层三种传送模式： 正常响应方式（NRM）：适用于非平衡配置。 异步平衡方式（ABM）：适用于平衡配置。 异步响应方式（ARM）：适

9、用于非平衡配置。 LAPB采用平衡配置方式，用于点到点链路，采用异步平衡方式来传送数据。 5.2.3 X.25的链路层标志字段（F）：帧开始和结束（01111110）。地址字段：X.25采用两个链路层地址，标识DTE（A：00000001）和DCE（B：00000011）。注意：DTE链路层地址与DTE网络层地址的区别。 5.2.3 X.25的链路层帧格式标志F地址字段A控制字段C信息字段I检验序列FCS标志F8bits8bits8 or 16 bits16 or 32 bits8bits长度可变帧头帧尾控制字段：区分帧类型和流量控制，分为三种类型：信息帧（I帧）、监控帧（S帧）和无编号帧（U

10、帧）。 I-帧：用户数据 S-帧：空 U-帧：控制数据 5.2.3 X.25的链路层帧格式标志F地址字段A控制字段C信息字段I检验序列FCS标志F8bits8bits8 or 16 bits16 or 32 bits8bits长度可变信息（I）帧：传送上层交付的分组； 监控（S）帧：帧层的差错控制和流量控制，保证信息帧的可靠传送。 监控帧的3种类型（由SS两个比特区分）：接收就绪（RR）接收未就绪（RNR）拒绝帧（REJ）控制字段比特87654321信息（I）帧N（R）PN（S）0监控（S）帧N（R）P/FSS0 1无编号（U）帧MMMP/FMM1 1 5.2.3 X.25的链路层无编号（U）

11、帧：用于控制链路的建立与断开。帧拒绝、响应帧FRMR5无编号确认、响应帧UA4已断链状态 、响应帧DM3断开（断链）、命令帧DISC2置异步平衡模式（建链）、命令帧SABM1功能类型序号控制字段比特87654321信息（I）帧N（R）PN（S）0监控（S）帧N（R）P/FSS0 1无编号（U）帧MMMP/FMM1 1 5.2.3 X.25的链路层P/F：探询（poll）/最终（final）位，用于构成两个复合站之间的问答关系。 作用： （1）P=1，令对端立即响应并告之状态。 （2）F区分收到的响应帧是主动报告还是对本端命令的响应（F=0、1）。控制字段比特87654321信息（I）帧N（R）

12、PN（S）0监控（S）帧N（R）P/FSS0 1无编号（U）帧MMMP/FMM1 1 5.2.3 X.25的链路层1.链路的建立与端开DTEADCEBB,SABM,PB,DISC,PB,UA,FB,UA,F发送和接收分组层数据（封装在I帧中）并用S帧进行流量控制和差错控制U帧链路建立I帧数据传输与控制U帧链路断开B,DM 5.2.3 X.25的链路层2. 差错校正和流量控制（1）差错校正：肯定/否定证实、重发纠错。（2）流量控制：滑动窗口技术与监控帧配合。3. 链路复位 任意一方收到协议出错或帧拒绝（FRMR，将使链路恢复初始状态，两端发送的I帧和S帧N（S）和N（R）值恢复为0。 5.2.3

13、 X.25的链路层 由于X.25的数据链路层只支持点到点的接入配置，因此其网络层的功能相当简单，其基本功能是利用数据链路层提供的可靠传送服务，完成虚呼叫的分组数据通信。DCEDCEDTEDTE分组层范围（端到端）链路层范围链路层范围X.25网络 5.2.4 X.25的分组层为每个呼叫建立一个逻辑信道；并通过逻辑信道号（LCN）来区分与每个呼叫用户有关的分组；提供SVC和PVC连接；为每个呼叫连接提供有效的分组传输，包括顺序编号、分组的确认、流量控制；监测并恢复分组层差错。 5.2.4 X.25的分组层（1）分组层的功能 逻辑信道和虚电路的区别：虚电路是DTE与DTE之间端到端的连接，逻辑信道只

14、是虚电路在用户接入段上的一个子信道。 为避免DTE和DCE分配LCN发生冲突，DTE从大到小分配，DCE从小到大分配。（2）虚电路与逻辑信道 X.25分配的逻辑信道号：0 4096终端A到进程1的虚电路：63、99、10终端B到进程2的虚电路：62、98、11 7 53 1PADAB节 点3节 点1节 点2 DCEPADLCN=63 LCN=62 LCN=99 LCN=98 LCN=10 123进程LCN=1129（2）虚电路与逻辑信道 分组层SVC与数据链路的建立和断开不同。DTE初始启动时，SVC建立步骤：（1）在DTE与DCE之间建立数据链路；（2）在本地与远端DTE之间建立虚电路；（3

15、）在两个DTE之间传输数据；（4）释放虚电路；（5）断开数据链路。（3）分组层的操作（3）分组层的操作呼叫建立过程呼叫请求建立入呼叫呼叫连接接受呼叫连接DTE1主叫DCEDCEDTE2（被叫）X.25X.25LCN/253建立LCN/10接授LCN/253LCN/10（3）分组层的操作呼叫清除过程呼叫清楚清除清除清除指示清除证实证实证实清除证实DTE1(主叫)DCEDCEDTE2(被叫)X.25X.25流量控制和差错控制：在分组层流量控制和差错控制：在链路层DCEDCEDTEDTE分组层流控（端到端）链路层流控链路层流控X.25网络 5.2.4 X.25的分组层 （1）流量控制 数据链路层流量

16、控制采用滑动窗口技术，控制窗口尺寸k（ 1k7 ），其值表示最多可以发送多少个未被证实的信息帧。 k值的选定取决于物理链路的传播时延和传送速率，应保证在连续发送k个I帧之后能收到对第1个I帧的证实。 一种更为直接的控制方法是利用监控帧RNR、RR或REJ帧实现流量控制。 5.2.4 X.25的分组层DTEDCEB,I（0,0）B,I（1,0）B,I（2,0）窗口满停止发送窗口上沿36B,RR（1）B,RR（4）恢复发送窗口上沿67A,RNR（4）窗口上沿23B,I（3,0）B,I（4,0）对端忙停止发送A,RR（5）B,I（5,0）B,I（6,0）流量控制过程K=3 5.2.4 X.25的分组

17、层01234567 （2）差错控制 数据链路层的控制采用肯定/否定证实、重发纠错（ARQ）。 发现非法帧或出错帧均予以丢弃；发现非期望接收序号的帧即帧号失序，则发送REJ帧通知对端重发。发送端在超时未收到肯定证实时，将自动重发。 5.2.4 X.25的分组层第5章 分组交换原理与技术分组交换原理5.1X.25建议5.2路由选择5.3流量控制与拥塞控制5.4帧中继技术5.5ATM交换技术5.65.3路由选择Routing5.3.1基本概念5.3.2常见的路由选择算法固定型算法洪泛法固定路由表算法自适应路由选择最短路径算法4.1节路由器PORTAL网络网络网络网络网络网络网络网络网络网络CSP网络

18、AB5.3.1 基本概念在分组网中，路由选择就是在呼叫建立过程中，在多条路由中选择一条较好的路由。获得较好路由的方法称为路由算法。所谓较好的路由，就是应该使报文通过网络的平均时延较短，并具有平衡网内业务量的作用。路由选择问题不只是考虑最短的路由，还要考虑通信资源的综合利用，以及网络结构变化的适应能力，从而使全网的业务通过量最大。 5.3.1 基本概念选择路由方法应考虑的问题：路由选择准则路由选择协议路由选择算法 即以什么参数作为路由选择的基本依据，可以分为两类：以路由所经过的跳数为准则或以链路的状态为准则。 依据路由选择准则，在相关节点之间进行路由信息的收集和发布的规程和方法称为路由协议。 即

19、如何获得一个准则参数最小的路由。可由网络中心统一计算，然后发送到各个节点（集中式），也可由各节点根据自己的路由信息进行计算（分布式）。 5.3.1 基本概念常见的路由选择算法固定型算法洪泛法固定路由表算法自适应路由选择最短路径算法5.3.2路由选择算法 由RAND公司提出，用于军用分组网。 基本思想：当节点交换机收到一个分组后，只要该分组的目的地址不是其本身，就将该分组转发到全部（或部分）邻接节点。完全洪泛法：除了输入分组的那条链路之外，向所有输出链路同时转发分组。选择洪泛法：仅在满足某些事先规定条件的链路上转发分组。固定型算法洪泛法（Flooding）优点：简单，不需要路由表，可靠性很高。缺

20、点：会产生大量的无效负荷，导致网络拥塞。一般只用在可靠性要求特别高的军事通信网中。固定型算法洪泛法（Flooding）静态路由算法中最常用的一种。每个节点的路由表在系统配置时生成，表中给出该节点到达其他各目的节点经由路径的下一节点。算法简单，适用于网络拓扑结构和业务量相对稳定的情况。但难以适应网络拓扑和状态的变化，一旦被选路由故障，就会影响信息的正常传送。固定型算法固定路由表算法固定型算法固定路由表算法123654DTE ADTE B132465-32443132465112-65节点1路由表(c)节点4路由表(a)(b)自适应路由选择是指路由选择随网络状况的变化而改变。事实上在所有的分组网中

21、，都使用了某种形式的自适应路由选择技术。 从用户的角度来看，自适应路由选择策略能够提高网络的性能。 自适应路由选择策略趋向于平衡负荷，有助于拥塞控制，能够延迟严重拥塞事件的发生。 自适应路由算法（Adaptive Routing）第5章 分组交换原理与技术分组交换原理5.1X.25建议5.2路由选择5.3流量控制与拥塞控制5.4帧中继技术5.5ATM交换技术5.6一、流量控制分组交换网中各节点交换机的处理能力和线路的传输容量有限，但用户终端发送分组的时间和数量是随机的。如果不对数据流进行控制，可能造成网内数据流分布不均匀，部分节点和线路的流量超过其处理能力或传输容量，造成网络阻塞。严重时，分组

22、在网络中无法传送，不断被丢弃，源节点无法发送新的数据，目的节点也收不到分组，造成死锁。因此需要进行流量控制。5.4流量控制与拥塞控制5.4 流量控制与拥塞控制问题：为什么要进行流量控制?不加控制理想加控制理想不加控制加控制死锁负荷分组时延吞吐量负荷吞吐量与输入负载的关系分组时延与输入负载的关系5.4 流量控制与拥塞控制防止由于网络和用户过载而导致吞吐量下降和传送时延增加 。避免网络死锁 。网络及用户之间的速率匹配。 问题：为什么要进行流量控制?分组时延理想加控制不加控制理想不加控制加控制死锁负荷吞吐量负荷流量控制的层次接入级 段级沿到沿端到端流量控制的方法 滑动窗口缓冲区预约法许可证法5.4流

23、量控制与拥塞控制滑动窗口5.4流量控制与拥塞控制用于端到端的流量控制。缓冲区预约法用于源节点到目的节点之间的流量控制。源节点在发送数据之前，要为每个报文在目的节点预约缓冲区，只有目的节点有缓冲区时，源节点才可发送。在预约的缓冲区用完后，要等接收节点再次分配缓冲区后，才能继续发送数据。5.4流量控制与拥塞控制许可证法适用于DTE到网络源节点之间的流量控制。设置一定数量的“许可证”在网中随机地巡回游动，终端向网络发送分组时，必须向源节点申请以获得许可证。得到许可证后，将许可证和数据分组一起传送，到达终点后，交出许可证，使它重新在网内游动，以便其他终端使用。5.4流量控制与拥塞控制拥塞控制是一个全局

24、性的过程，涉及到所有的终端和节点，以及降低网络传输性能的所有因素。流量控制是指发送端和接收端之间的点对点通信量控制，主要解决快速发送与慢速接收的问题，是局部的，一般基于反馈机制进行控制。当通信量超过一定限度时，网络性能降低，这种现象就叫拥塞。拥塞的本质是荷载超过了网络的承受能力。 5.4流量控制与拥塞控制二、拥塞控制拥塞控制方法：从拥塞节点向源节点发送控制分组 根据路由选择信息调整新分组的产生速率 利用端到端的探测分组控制拥塞 节点在分组经过时添加拥塞指示信息 5.4流量控制与拥塞控制网络主要的性能指标吞吐量（服务的数量）好的流量控制可以使更多的通信量流入网络。平均时延（服务的质量）好的路由选

25、择可以使网络的平均时延较低。5.4流量控制与拥塞控制第5章 分组交换原理与技术分组交换原理5.1X.25建议5.2路由选择5.3流量控制与拥塞控制5.4帧中继技术5.5ATM交换技术5.65.5 帧 中 继5.5.1帧中继概述5.5.2帧中继的交换操作5.5.3带宽管理与拥塞控制1、帧中继的产生（1）X.25协议功能重复，效率不高（2）数字通信和光纤通信技术的发展 （3）计算机技术的发展 简化协议加快转发 快速分组交换：帧中继(Frame Relay)与信元中继(Cell Relay)。5.5.1 帧中继概述2、FR的协议结构5.5.1 帧中继概述物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层

26、OSI参考模型物理层TDM模型物理层数据链路层网络层X.25模型物理层链路层核心FR模型物理层：X.21、V、G、I系列接口。数据链路层：HDLC的简化版本（DL-core），去掉了差错控制和流量控制字段。2、FR的协议结构核心链路层功能： 帧定界、定位和透明性； 使用帧头地址字段完成链路的复用/解复用； 帧传输差错检测(但不纠错)； 检测帧在插“0”前和删“0”后是否由整数个字节构成； 检测帧长是否正确； 拥塞控制。3、帧结构标志和FCS字段：同X.25。DLCI：数据链路连接标识（10比特），对应一个逻辑信道，具有局部意义。 DLCI=0用于信令和管理功能。C/R：命令/响应指示位。EA：

27、扩展地址指示位。EA=0表示还有下一个字节标志 地址信息FCS标志DLCI（6）C/R EA DLCI（4） FECN BECN DE EA第1字节第2字节4、技术特点数据传送协议大大简化只包含OSI模型的下二层，而且第二层只保留其核心功能 用户平面与控制平面分离控制平面指的是信令信息的处理、传送和管理，信令用于逻辑连接的建立和拆除。 用户平面负责端到端的用户数据传送。 帧中继是面向连接的网络，提供虚电路服务。包括PVC和SVC。虚电路用DLCI标识，DLCI号仅具有本地意义。5.5.2 帧中继的交换操作根据节点转发表进行交换。123DCLI:124DCLI:121DCLI:041DCLI:1

28、12输入输出接口DLCI接口DLCI112120411124311221673367216711925.5.2 帧中继的交换操作为保证带宽资源在用户间的合理分配，网络必须对每个连接上传送的用户数据进行监控，即带宽管理。 帧中继网络中，为了简化协议，提高节点的处理和转发速度，将流量控制和差错控制交由终端的高层协议完成。但这样可能使网络出现拥塞，因此要采取措施尽量减少拥塞的出现。5.5.3 带宽管理与拥塞控制带宽管理参数承诺时间间隔Tc对连接上的用户数据量进行监视的时间间隔。承诺的信息速率CIR正常情况下，网络向用户承诺的数据传送速率，它是Tc时间段内的平均值。承诺的突发信息量Bc正常情况下，在T

29、c时间段内允许用户传送的最大数据量。超量突发信息量Be正常情况下，在Tc时间段内网络能够给用户传送的超过Bc的最大数据量。5.5.3 带宽管理与拥塞控制带宽管理策略5.5.3 带宽管理与拥塞控制管控过程如果在时间Tc内监测到连接上的信息量Bc，说明用户速率小于CIR，网络应继续转发这些帧。如果Bc监测到连接上的信息量Bc+Be，则说明用户速率已超过CIR，但仍在约定的范围内，网络将Be部分的帧DE置为1后进行转发。如果监测到连接上的信息量Bc+Be，说明用户已严重违约，则网络丢弃超过Bc+Be部分的所有帧。5.5.3 带宽管理与拥塞控制 帧中继拥塞控制采用拥塞回避和丢弃两种办法： 拥塞回避 网

30、络显式地告知发送方和接收方拥塞出现的情况，发送者据此调整发送的速率，避免拥塞。 后向显式拥塞通知（BECN）：提示发送方网络出现拥塞。前向显式拥塞通知（FECN）：提示接收方网络出现拥塞。 丢弃 如用户不响应拥塞提示，网络就丢弃帧。 5.5.3 拥塞控制作 业4X.25数据链路启用时通过发送置异步平衡模式（SABM）建立，试说明“异步”和“平衡”的含义。X.25链路层和分组层都具有流量控制功能，二者有何区别？仅在链路层设置流量控制行不行？ 帧中继与X.25的主要区别是什么？FR虚电路是如何建立的？FR如何实现流量控制？ 第5章 分组交换原理与技术分组交换原理5.1X.25建议5.2路由选择5.

31、3流量控制与拥塞控制5.4帧中继技术5.5ATM交换技术5.65.6.1 N-ISDN与B-ISDN问题： 什么是ATM?设想70年代铜线电路交换分组交换ISDN不成功诸网并存单一网络ISDN(N-ISDN)带宽受限技术适应性差不完全综合5.6.1 N-ISDN与B-ISDN80年代适合不同业务的信息传递技术90年代后期单一网络B-ISDN线路带宽和质量大大提高解决了传输媒体问题ATM宽带IP网光纤普及快速分组交换5.6.1 N-ISDN与B-ISDNATM技术特点：（1）ATM是统计时分复用技术（2）ATM分组（信元）长度固定、短小（3）ATM支持多业务传输（4）ATM是面向连接的传输技术。

32、5.6.1 N-ISDN与B-ISDN5.6.1 N-ISDN与B-ISDNATM与IP的竞争：ServicesTechnologyMarketing服务商客户IP设备商IP on EverythingEverything Over IPATM5.6.1 N-ISDN与B-ISDNATMAnother Technical Mistake?5.6.2 ATM技术基础异步分组交换（按需分配带宽）信元就是分组各信元不需要严格按照一定的规律出现传递模式传输复用交换 ATM的定义：5.6.2 ATM技术基础分组交换的信息格式短小、定长的53字节传统分组交换ATMATM的分组信元虚连接信头标签的方式与地址

33、的不同面向连接的通信方式5.6.2 ATM技术基础不同速度可变速率统计时分复用5.6.2 ATM技术基础定义不同的适配层ATM通过定义不同的适配层来满足不同业务对传输性能的要求。 ATM层提供的只是一般意义的定长数据传送能力。5.6.2 ATM技术基础信头：在UNI上为GFC 在NNI上为VPI123456-53 8 4 1GFC/VPIVPIVPIVCIVCIVCIPTICLPHEC净荷ATM信元格式：Why 53 Bytes?64 + 532 + 448 + 5ITU-T Study Group XVIII in June 19895.6.2 ATM技术基础一般流量控制（GFC:4） 虚通

34、路标识符（VPI:8/12）和虚信道标识符（VCI:16）净荷类型（PT:3） 信元丢失优先级（CLP:1） 头标差错控制（HEC:8） ATM信头的功能：5.6.2 ATM技术基础5.6.2 ATM技术基础虚通路连接VP虚信道连接VCATM连接类型5.6.2 ATM技术基础VPI/VCI: 信元的逻辑路由地址 VPI:虚通路标志 VCI: 虚信道标志存在两种类型的连接：VCC: VC Connection 虚信道连接VPC: VP Connection 虚通路连接传输链路虚通路 VPxVPzVPyVCxVCxVCyVCzVCzVCyVCyVCx虚信道在一个给定的接口，复用在一条链路上的许多不

35、同的 VP，用它们的 VPI 来识别。复用在一个 VP 中的不同的 VC，用它们的 VCI 来识别。在一个给定的接口上，属于两个不同的VP的两个VC，可具有相同的VCI。5.6.2 ATM技术基础信道与通路5.6.2 ATM技术基础5.6.2 ATM技术基础连接与信道VPC(VP虚连接)由一串VPL(VP链路)连接而成每一VPL由一个VPI表示(本地含义)VCC(VC虚连接)由一串VCL(VC链路)连接而成每一个VCL由一个VCI表示(本地含义)连接与信道5.6.2 ATM技术基础VP/VC交换示意图5.6.2 ATM技术基础5.6.2 ATM技术基础VP/VC交换Connection Tab

36、le PortVPI/VCIPortVPI/VCI 10/3730/76 10/4250/52 20/3760/22 20/7840/883742377876522288123456VideoDataVoiceVideoDataVoiceVideoDataVoiceVideoVideoVideo5.6.2 ATM技术基础ATM交换过程 VP VC应用举例端点A通过ATM交换机 X, Y 和 Z 与端点B建立了一条逻辑连接 ATM 网络AB交换机 X交换机 Y交换机 Z121232343414端口 VPI/VCI 端口 VPI/VCI 4 3/17 2 9/353/1742/556/359/35

37、 交换机 X 的 VPI/VCI 转换表 交换机 Y 的 VPI/VCI 转换表 交换机 Z 的 VPI/VCI 转换表端口 VPI/VCI 端口 VPI/VCI 1 9/35 4 6/35端口 VPI/VCI 端口 VPI/VCI 4 6/35 2 42/555.6.2 ATM技术基础5.6.3 ATM协议模型面管理层管理控制面用户面高层高层ATM适配层ATM层物理层ATM协议参考模型DataCellVideoCellVoiceCell5.6.3 ATM协议模型ATM System Architecture物理层媒体相关子层(比特)传输汇聚子层(传输帧) ATM层(信元)：ATM适配层(应用

38、分组)SAR子层(分段和重装 )汇聚子层(满足高层应用的其它需要)ATM技术各层功能5.6.3 ATM协议模型用户平面用户数据交换高层解析控制平面信令协议高层解析管理平面层管理和面管理逐层解析5.6.3 ATM协议模型不同平面的功能功能：信元编码及透明传输包括：物理媒体相关子层(PMD)供电、操作传输会聚子层(TC)5.6.3 ATM协议模型信元流PMD物理电气/光规范编码封装：加传输开销加控制信息TC5.6.3 ATM协议模型物理层PHY功能示意图光纤同轴电缆双绞线物理媒体相关子层（比特流的收发)5.6.3 ATM协议模型全双工的155.52Mb/sCMI编码的同轴电缆(100200米)NR

39、Z编码的单模光纤(8002000米)全双工的622.08Mb/sNRZ编码的单模光纤不平衡速率上行:155.52Mb/s下行:622.08Mb/s5.6.3 ATM协议模型ITU(I.432)物理层速率传输帧的适配信元装入帧信元定界：状态机扰码和HECHEC的生成与检验信元速率解耦空信元的插入和提取,信头为0/0/0/1/52,内容为0 xa6。5.6.3 ATM协议模型传输会聚子层功能（传输帧信元流）0 0 0 0 x52 1 0 xA6 。 0 xA6 信元头静荷空闲信元结构5.6.3 ATM协议模型逐比特校验寻找信元头次正确进入同步状态次错误进入失步寻找状态 和是可选参数5.6.3 AT

40、M协议模型定界方式（Self-Supporting ）接收/发送，信元的复用和分路交换机内部路由信元地址翻译信元头的处理流量的控制ATM层协议功能简述:5.6.3 ATM协议模型GFC(通用流量控制)仅在UNI上使用5.6.3 ATM协议模型通用流量控制:PTI 和 CLP的作用：5.6.3 ATM协议模型PTI：表示静荷信息类型，如用户数据是否经过拥 塞、OAM信元类型等。CLP0：网络发生拥塞时该信元不能丢弃； 1：网络发生拥塞时候丢弃该信元。负载类型指示PTI AAL信元丢失优先级CLPAAL信头差错控制HEC 物理层5.6.3 ATM协议模型越层处理ATM层提供的只是一般意义的信元传送

41、能力，为了使ATM能够承载不同业务，并具有端到端的差错控制能力，在ATM系统中增加了业务适配层（AAL层）。AAL层实际上是增强ATM的数据传输能力，以适应各种通信业务的要求。ATM适配层功能：5.6.3 ATM协议模型定时关系时间透明性 比特率固定的或可变的 连接模式 实时业务和数据量比较大的通信过程 短消息的传送 业务的分类标准5.6.3 ATM协议模型四种业务类型5.6.3 ATM协议模型A类业务（AAL1）：源和目的之间需要定时；比特率固定；面向连接； 典型业务： 电路仿真； 恒定比特率的图象业务；5.6.3 ATM协议模型B类业务(AAL2)： 源和目的之间需要定时； 比特率可变；

42、面向连接； 典型业务： 可变比特率图象及音频业务等 VTOA；5.6.3 ATM协议模型D类业务(AAL5)： 源和目的之间不需要定时关系； 比特率可变； 无连接； 典型业务： 交换型多兆比特率的数据业务SMDS； IP业务；5.6.3 ATM协议模型C类业务(AAL3/4)：源和目的之间不需要定时关系；比特率可变；面向连接； 典型业务： SNA； 帧中继等；5.6.3 ATM协议模型ATM交换：从任意输入端口（入线）的任意一条ATM逻辑信道到任意输出端口（出线）的任意ATM逻辑信道的信息交换。ATM逻辑信道：VPIVCI5.6.4 ATM交换机ATM交换的本质入线信息交换到出线 路由；将输入

43、VPI/VCI的值转换为输出VPI/VCI的值信头转换；缓冲（排队、调度）ATM交换的基本功能5.6.4 ATM交换机接口单元处理机控制部分接口单元接口单元接口单元.信元传送部分控制部分11NNATM交换结构ATM交换机功能模型5.6.4 ATM交换机ATM交换机示意图5.6.4 ATM交换机基本功能：从串行比特流（帧结构）中恢复出信元。01001011101CellCellCell交换结构处理机控制部分5.6.4 ATM交换机交换机接口单元输入侧：从串行比特流（帧结构）中恢复出信元物理层功能:光电转换；数字比特流恢复；信元定界；速率解耦；净荷解扰；ATM层功能：信头有效性检查；区分信令信元、

44、用户信元还是OAM信元，并作相应处理；接口功能 5.6.4 ATM交换机输出侧：HEC的产生；用户信元、OAM信元和信令信元的混合；信元速率适配；传输帧的生成；电光信号转换接口功能5.6.4 ATM交换机由处理机和多种控制软件构成，主要包含呼叫控制软件和操作管理维护（OAM）软件，负责信元交换控制、信令处理、呼叫管理、性能监测和数据统计等。控制部分5.6.4 ATM交换机交换容量：定义：所有输入端口信息速率的总和；交换时延/时延抖动：10-100us/几百us；信元丢失率/信元误插率：10e-8/10e-11；阻塞：连接阻塞传输阻塞：内部阻塞和外部阻塞（输出阻塞）交换机性能参数5.6.4 AT

45、M交换机ATM交换结构时分空分共享存储器共享媒体单通路多通路crossbarBanyan扩展banyanClos交换结构5.6.4 ATM交换机时分交换结构：各接口以时分复用的方式共享一条 通信媒体。根据媒体不同，可分为共享总线和共享存储器两种。时分交换结构5.6.4 ATM交换机共享存贮器复用分路12N12N共享存储器控制共享存贮器交换结构5.6.4 ATM交换机共享存贮器复用12N分路12N地址链表1输入控制输出控制信元信元弹出写地址压入读地址输出队列2N存贮器地址+信头选路控制一种共享存贮器交换结构5.6.4 ATM交换机共享存贮器复用12N分路12N地址链表1输入控制输出控制信元信元弹

46、出写地址压入读地址输出队列2N选路控制一种共享存贮器交换结构5.6.4 ATM交换机交换容量由共享媒体的访问速率决定；时延和信元丢失率由缓冲队列长度决定；容易实现广播和组播；时分交换结构特点5.6.4 ATM交换机空分交换结构：输入和输出端口之间有一组通路，这些通路并行工作使不同输入端口的信元可以同时由交换单元传送 。空分交换结构一般采用多级互联网络结构（MIN），其中最著名的就是Clos网络和Banyan网络。空分交换结构5.6.4 ATM交换机构造规则：假设要构造一个三级NN（N=r*n)交换机，第一级：r个nk基本交换单元；第二级：k个rr基本交换单元；第三级：r个kn基本交换单元，且第二级的每个交换单元的输入端口和输出端口分别与第一级交换单元的输出端口和第三级交换单元的输入端口均有且仅有一条连接；无阻塞条件：如果满足k2n-1,则该Clos网络是无阻塞的。Clos网络5.6.4 ATM交换机rkr这里N=4，r=2, n=2，k =3, 满足k=2n-1；总的交叉节点数为：232 + 223 + 322=36如果构造一个44的交叉矩阵，则节点数为44=163612341234knrrknClos网络5.6.4 ATM交换机输入排